大机组干气密封气源改造及应用

干气密封是20世纪60年代末期从气体动压轴承的基础上发展起来的一种新型非接触式密封，即利用流体动力学原理，通过在密封端面上开设动压槽以实现密封端面的非接触运行。随着干气密封技术的日益成熟，其应用范围越来越广。河南煤业化工集团鹤煤化工分公司600 kt/a甲醇装置中的3台离心式压缩机轴两端均安装了两级双面干气密封和油气隔离气密封，但由于装置自身原因，会出现干气密封气源压力过低或中断的现象，造成干气密封损坏，给装置运行带来很大的危害。为此，对干气密封气源系统进行了改造。

1 干气密封系统

为了防止缸体内有害气体外漏，在3台离心式压缩机轴两端安装了两级双面干气密封和油气隔离气密封,其中一级密封气体在开停车过程中采用来自界区外的6.10 MPa(表压，下同)高压氮气，正常运行时采用压缩机高压段排出的工艺气体作为密封气。密封气经密封气过滤器过滤、气动薄膜调节阀将压力稳定在高于平衡管压力以上，再经流量计调节流量后进入压缩机两侧的一级密封端面，在密封面上形成密封气膜。一级密封气绝大部分经机组梳齿密封进入机组内，阻止压缩机内的工艺气体外漏；少量的一级密封气经密封端面泄漏至一级密封排气腔，与二级密封气混合后送火炬系统。

二级密封气采用压力为0.45 MPa左右的氮气，经密封气过滤器过滤、自励式调节阀控制压力在0.40 MPa左右后分4路进入各密封管线，其中：2路作为二级密封气经流量调节器后进入轴两端的二级密封腔，然后大部分二级密封气经中间迷宫密封与一级密封泄漏气混合后引出至安全处放空，少量二级密封气经二级密封端面泄漏后引至外部安全处放空；另2路气体进入压缩机两端油气隔离室，一部分经后置密封的前端与二级密封端面泄漏的气体混合并引至安全处放空，其余经后置密封的后端通过轴承回油放空点就地放空。引入隔离气的目的是阻止润滑油油气进入干气密封系统。

3台离心式压缩机所用二级密封气均来自低压氮气管网，从管网再分别送至各干气密封系统。

2 密封气源存在的问题及危害

(1)密封气由低压氮气管网送往压缩机组界区阀前，装置正常运行时，因前系统用气量非常大，导致密封氮气管网压力从0.50 MPa降至0.18 MPa，再送往3台机组使用时的压力会更低。如果机组运行期间低压氮气压力过低，将引起二级密封动静环损坏，此时需短停更换备用干气密封。而更换备用干气密封至少需要2 d，气化装置生产的有效气体只能送火炬系统，由此造成的经济损失约627万元。

(2)前工序空分装置出现异常时，低压氮气管网中断供气，3台机组必须紧急停车。低压氮气管网恢复正常供气后至机组运行稳定需耗时8～10 h，气化装置生产的有效气体只能全部送火炬系统，由此造成的经济损失约126万元。

3 改造方案

经多方面分析论证，对干气密封气源系统进行了如下的改造：原设计低压氮气管线压缩管廊处的管径为DN 100 mm，从管廊引至3台机组的管径为DN 25 mm，管径过小是机组密封气源压力低的主要原因，故决定将DN 25 mm管线更换为DN 100 mm；因前工序不稳定因素较多，系统无法维持稳定运行，故决定将废旧的压力容器移至机组附近并作为压缩机干气密封用氮气的稳定气源储罐，具体方案如图1所示。

图1 气源改造工艺流程

氮气储罐进口管线的管径为DN 25 mm，与6.10 MPa高压氮气管线相连并配置减压阀，阀后压力3.80 MPa。氮气储罐设计压力4.40 MPa，其出口与机组低压氮气管网相连并设有安全阀和减压阀，减压后氮气压力为0.30 MPa。当低压氮气管网压力低于0.30 MPa时，氮气储罐自动向系统补充氮气， 保证管网有稳定的气源压力。外界低压氮气管线上安装有止逆阀，即使出现整个系统低压氮气供应中断、空分装置跳车等紧急状况，氮气储罐也能维持稳定的气源压力，可保证机组继续正常运行约4 h。

4 结语

改造方案实施以后，低压氮气压力可以达到0.32 MPa，能很好地满足机组干气密封用气压力要求；在前系统出现故障时，外管网氮气压力为0.10 MPa，但氮气储罐能提供稳定的气源，保证机组氮气管网压力为0.30 MPa，可确保干气密封不受损坏；在前工序短停时，机组运行正常，甲醇装置可缩短开车时间3～4 h，降低了设备维修成本，为公司创造了可观的经济效益